广西高速公路沥青路面早期病害特点及其原因分析

黄 元，马 进

（广西交通投资集团有限公司，广西 南宁 530012）

0 引言

在广西高速公路发展初期，由于广西地区盛产石灰岩，强度和抗滑性较好的火成岩储量极少，水泥混凝土路面造价远低于沥青混凝土路面，因此限制了沥青路面的使用。但随着社会经济的不断发展，公众服务需求的日益提高，水泥混凝土路面平整度差、养护时间长等缺点对高速公路的服务水平造成了极大的影响。随着2005年12月南宁至友谊关高速公路作为广西第一条采用沥青混凝土路面结构形式的高速公路开通运营，正式拉开了沥青混凝土路面在广西发展的帷幕。

由于广西地区雨水充分、高温气候时间长、昼夜温差大等独特的气候特点造成了广西各条高速公路沥青路面出现了不同程度的早期病害，同时也具有一些共性。本文中选择南友、百罗、百隆及平钟四条高速公路作为广西区沥青混凝土高速公路的代表路面，对广西高速公路沥青路面主要早期病害特点及其原因进行分析。

1 各典型路段早期病害特点分析

1.1 南友高速公路

南友高速公路（以下简称南友路）于2005年12月底建成通车，为广西区内第一条采用沥青混凝土路面结构的高速公路，其主要沥青路面结构形式为4cmAK－13上面层＋5cmAC－20中面层＋6cmAC－25下面层，其上面层粗集料采用英安岩，上面层细集料及其他层次集料均采用石灰岩；上面层沥青材料采用SBS改性沥青，其他层次沥青材料采用AH－70＃沥青。

1.1.1 路面技术状况

截至2013年年底，南友路自建成通车已近8年时间，经行车荷载和自然环境的综合影响，其路面技术状况发展较为平稳，没有出现大幅度的下滑，见表1。

表1 南友路历年路况指标一览表

1.1.2 车辙

经对南友路沿线车辙路段外观调查，其车辙路段外观描述见表2。

选取典型断面切割取样，南友路车辙的情况及断面图如图1所示。

从路面调查结果可见，南友路车辙主要特点如下：

（1）部分车辙路段存在有一定的离析或泛油现象；

（2）车辙路段辙槽两侧均有隆起现象，为失稳性车辙；

（3）在长纵坡路段的车辙深度较大，部分连续长纵坡的上坡路段存在有车辙深度达到30mm的断面。

1.1.3 坑槽等水损坏

选取南友路沿线水损害修复数量进行统计分析，其上下行线每10km坑槽情况如图2、图3所示。

表2 南友路车辙路段外观调查表

图1 南友路车辙情况及断面图

图2 南友路线上行坑槽按每10km逐年对比图

图3 南友路线下行坑槽按每10km逐年对比示意图

由图中可以看出，南友高速公路发生的水损坏有如下两个特点：

（1）下行线发生坑洞量整体比上行线大；

（2）上行线K71～K111，K141～K171，K191～K221，下行线K91～K131，K191～K221是处于坑洞修补量的峰值，其他路段的修补量比较平均。

1.1.4 裂缝类病害

南友路上发生的裂缝病害主要包括横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝和龟裂。

（1）横向裂缝

南友路横向裂缝产生的主要原因包括台背回填土压实不足、半刚性基层失水后出现收缩裂缝并反射至面层以及沥青面层收缩裂缝等。

（2）纵向裂缝

南友路纵向裂缝产生的主要原因包括纵向施工接缝、反射裂缝、填挖交接处裂缝以及路基土滑移引起的裂缝等。

1.1.5 其他病害

除了上述车辙、坑槽、裂缝类病害外，在南友高速公路上出现的其他病害主要包括路基沉陷、滑移，沥青路面掉粒麻面等。

（1）路基沉陷、滑移

路基发生沉陷、滑移的主要原因是南友路沿线，特别是宁明段（K175～K189段），处于膨胀土分布区，由于膨胀土自身的强亲水性、反复胀缩性和强度衰减特性导致膨胀土在水平和纵向同时发生反复涨缩，由此产生沉陷和滑移。虽然在建设时期对该段采取了包盖法的处治措施，试图利用黏土的不透水性阻断雨水的浸入，以保证路基土处于含水量均衡状态，防止膨胀土出现较大沉陷，但在部分路段依旧出现了不同程度的沉陷和拉裂。

此外，南友路经过的岩溶路段也发生了一定程度的沉陷，这是由于岩溶路段路基土含水量易达到饱和状态，导致路基土强度大幅度衰减甚至丧失。

（2）掉粒、麻面

南友高速公路上出现的掉粒、麻面主要分布于湖沥青路段。在湖沥青路段出现了大面积的轻微麻面现象，部分路段已出现粗集料掉粒现象。

1.2 百罗高速公路

百罗高速公路是国道主干线衡阳至昆明的重要路段，其沥青路面结构为4cmAK－13上面层＋5cmAC－16中面层＋6cmAC－25下面层。

1.2.1 车辙

百罗高速公路沥青路面高温破坏形式主要为沥青混合料的侧向流动变形引起的失稳型车辙，主要发生在长大纵坡的上坡路段，至2011年底共发生9 658m2的车辙。

1.2.2 坑槽等水损坏

百罗高速公路沥青路面水破坏的主要表现形式为坑槽。坑槽主要发生在雨季（5～9月），且主要出现在轮迹带上，至2011年底共产生坑槽33 600m2。

1.2.3 裂缝类

（1）温缩裂缝

百罗高速公路沥青路面温缩裂缝至2011年底共发生64 000m。主要发生在2010年12月至2011年2月之间。钻芯取样发现，此类裂缝深度一般较浅，且呈现上宽下窄的形态。

（2）纵向裂缝

百罗高速公路填挖交接及半填半挖路段多，路基不均匀沉降明显，由此引起沥青面层拉裂严重，从而形成纵向裂缝。

（3）反射裂缝

百罗高速公路沥青路面反射型裂缝深度一般较深，贯穿整个沥青面层，且呈现下宽上窄的形态。

1.2.4 其他破坏形式

百罗高速公路沥青路面其他破坏的主要表现形式为路面沉陷。百罗高速公路全线填挖交接及半填半挖路段多，且部分路段处在库淹区。

1.3 百隆高速公路

百隆高速公路（以下简称百隆路）是广西第一条大面积使用橡胶沥青混凝土的高速路，带着试验、研究的性质，于2011年1月27日开通。其路面结构为：4cm橡胶沥青混凝土RAC－13＋1.0cm橡胶沥青应力吸收层＋28cm水泥混凝土面层＋0.6cm改性乳化沥青稀浆封层＋20cm 5%水泥稳定级配碎石基层＋20cm 4%水泥稳定级配碎石底基层＋20cm级配碎石垫层。

1.3.1 路面技术状况

总体而言，百隆路2011年1月27日通车运营至2012年中旬共历经5个季度，5个季度来橡胶沥青路面使用性能呈下降趋势较为明显，5个季度以来的沥青路面使用性能评定情况如表3所示。

表3 百隆路路面技术状况统计表

1.3.2 高温变形类病害

百隆路目前主要存在两种高温变形类病害，分别为路面泛油和路面车辙。

（1）路面车辙

截至2012年中旬，百隆路沿线已发现的路面重度车辙30处／52 222.50m2，最大深度达70mm，轻度车辙4处／9 375.00m2，车辆在部分车辙路段雨天行驶过程中已有明显的飘移感。随着时间的推移和车流量的增大，百隆路的路面使用性能指数将随着路面沉陷、车辙病害的发展而日趋降低。

（2）路面泛油

泛油类病害于2011年6月份开始出现，路面泛油主要发生在右行车道车轮迹上，有带状、星点圆状型式。

1.3.3 裂缝类病害

（1）温度型横向裂缝

百隆路温度型裂缝较多，从2011年12月份到2012年中旬为止路面裂缝1 726条／10 400.3m，温度型裂缝主要以横向裂缝为主，宽度一般为3～5mm，冬季可加宽至10～20mm，到春季部分裂缝又会缩回。

（2）反射型横向裂缝及纵向裂缝

百隆路2011年10月份开始出现反射型裂缝，以不规则（如：横向、纵向、斜向等）型式在整个半幅路面出现。

1.3.4 其他破坏形式的主要特点及原因分析

从目前路面使用状况看来，较大程度上影响百隆路沿线路面使用现状和行车安全的两种病害为沉陷和车辙。除之前所述的车辙情况，目前百隆路沿线已发现的路面重度沉陷点共有21处／3 244.25m2，最大深度达71mm，轻度沉陷点6处457.50m2，车辆在部分沉陷路段行驶过程中已有明显的跳车感。

1.4 平钟高速公路

平钟高速公路（以下简称平钟路）全长87.865km，于2006年12月28日建成通车，其路面结构为4cmAC－13上面层＋6cmAC－20中面层＋6cmAC－25下面层。

1.4.1 路面病害统计

平钟路历年病害调查统计结果如表4所示。

表4 平钟路历年病害统计表

从上表可以看出，平钟高速公路沥青路面的主要病害表现为高温破坏（车辙），水损坏（坑槽）及横纵向裂缝。

1.4.2 高温破坏

截至2010年初，车辙深度＜10mm的路段总长为17.3km，轻微车辙路段总长为17.98km，严重车辙路段总长为5.7km。其中车辙深度最深的达30mm、上坡路段上的车辙有24km，占全线车辙的59%，而10mm以上的车辙占上坡车辙的87%。

2010年对平钟路进行钻芯研究，对抽检路段产生车辙的原因分析如下。

从取芯状况看，芯样密实性普遍较好，个别断面芯样表面空隙偏大，但上中面层的层间防水粘结普遍较好，中下面层未见渗水现象。芯样层间连结普遍较好，车辙较大路段芯样亦基本保持层间连结，且未有中下面层水破坏情况，因此，车辙变形主要为压密和侧向推移产生，未有中下面层松散导致的车辙发生。对车辙深度＞15mm的路段典型断面取芯结果表明，车辙变形在表面层及中下面层均有产生，且对横断面不同位置芯样各层结构厚度变化统计分析表明，路面各层结构材料已普遍出现侧向推移。根据取芯情况及路面原有结构材料特点，原有中面层采用基质沥青且设计级配偏细，中面层车辙变化率普遍加大。

钻心取样在不同断面共取35组，从芯样来看，存在如下问题：

（1）部分芯样的表面层和中面层没有压密实，空隙率过大，造成压密式车辙的产生。

（2）中面层在施工中摊铺不均匀，造成细集料堆积在一起，没有形成嵌密式结构，造成车辙的产生。

（3）中面层与下面层之间的粘结层施工不理想。

（4）从全线车辙在上坡路段发生的比率上看，重载车在上坡路段的动力不足导致速度下降，而对路面产生的剪应力增大，导致路面的出现较深的轮迹。

1.4.3 水损坏

根据路况调查数据显示，平钟路的水损害主要体现在路面坑槽。2012年一共产生13处坑槽。从发生坑槽的位置上看，多发生在摊铺接缝处及路基变形处。

2 广西沥青路面高速公路典型病害总结分析

通过前文对这4条高速公路使用现状的评价、产生的主要病害以及对产生病害的原因初探，可发现这4条高速公路产生典型病害的种类及造成典型病害的主要原因有其相似性，找出病害的共同原因，这一共性可作为广西沥青路面高速公路产生某种典型病害的原因。

2.1 车辙等高温破坏

广西沥青路面高速公路产生车辙破坏的共同特点包括如下3点：

（1）车辙路段辙槽两侧均有隆起现象，为沥青混合料的侧向流动变形引起的失稳型车辙。

（2）车辙路段常伴随有泛油或离析现象，而且从钻芯取样试样断面图来看，大部分发生车辙变形的部位主要集中在上面层和中面层，除个别严重车辙路段外，下面层基本未发生变化。

（3）车辙主要发生在长大纵坡的上坡路段，且车辙路段较深。

分析认为，造成现阶段广西沥青路面高速公路产生车辙破坏的主要原因包括以下3个方面：

（1）地理气候原因：广西省月平均气温高，且夏季持续时间较长，从每年5月到每年11月，达半年之久，长时间的高温使面层沥青混合料的强度大为降低。

（2）设计施工缺陷：由于沥青路面高速公路在广西的修建处于起步阶段，设计施工铺筑带有一定的科研尝试性质，故在超薄层沥青混合料配合比设计及实际施工中施工工艺选取、施工质量控制等方面有一定的不成熟性。从钻芯断面图来看，大部分变形在表面层和中面层产生，一方面原因可能是由于上中面层油石比设计偏高，另一方面则是施工原因，主要包括表面层和中面层没有压密实，空隙率过大；中面层在施工中摊铺不均匀，造成细集料堆积在一起，没有形成嵌密式结构；中面层与下面层之间的粘结层施工不理想这三大方面。

（3）路线设计与行车问题：现阶段高速公路设计的长大纵坡路段较多，当重载车辆在爬坡路段行驶时，必须以行车速度的降低来换取爬坡能力，速度的降低使车辆对路面产生的剪应力增大，易出现较深的车辙。

2.2 坑槽等水损坏

广西沥青路面高速公路坑槽等水损坏主要发生在雨季（每年的5～9月），主要发生在轮迹带上，在整条高速公路上呈非均匀分布。造成广西沥青路面高速公路水损坏的主要原因包括如下两个方面：

（1）气候原因：广西高速公路沿线夏季温度高，且往往暴雨频繁。高温和雨水的耦合作用加剧了水损坏的产生。

（2）施工问题：坑洞沿整条高速公路呈非均匀分布，出现个别峰值的现象说明坑洞产生受施工质量影响，一方面，由于施工时气温较低，使沥青混凝土均匀性控制不佳，导致现场沥青混凝土路面局部孔隙率偏大；另一方面，施工局部（如摊铺接缝处）未压实，造成水分从表面渗入进去，在车轮高速碾压下形成动水压力切割骨料，致使路面表面破坏形成坑槽。

2.3 裂缝类病害

广西沥青路面高速公路的裂缝类病害归纳起来主要包括温缩裂缝、反射裂缝以及路基不均匀沉降明显引起的沥青面层拉裂。造成广西沥青路面高速公路主要发生如上三种裂缝的主要原因如下：

（1）关于温缩裂缝，温缩裂缝主要发生于低温天气，主要是由于广西气候原因导致，广西地区冬季昼夜温差过大，入夜后气温较低且下降速率较大，一方面导致面层沥青混凝土收缩产生的应力超过沥青混凝土材料的抗拉强度，由于环境气温反复升降，沥青面层中产生的温度应力反复作用于面层材料，其应力松弛性能下降，使沥青混合料的极限拉应变或劲度模量变小，随着作用次数的增加，沥青面层便会产生疲劳开裂。此外，施工时沥青混合料压实不足等原因导致的沥青混凝土抗拉强度降低也促使了温缩裂缝的出现。

（2）关于反射裂缝，其产生的基本机理是沥青面层在荷载应力和温度应力的共同作用下，由于下铺层或基层存在裂缝损坏，而使得开裂处的沥青面层底部产生应力集中，从而导致面层底部在大致相对应的位置开裂，裂缝逐渐向上延伸，直到穿透面层，反映为表面的裂缝。广西沥青路面高速公路大部分采用半刚性基层形式，亦有“白＋黑”路面，半刚性基层产生的干缩或温缩裂缝以及旧有水泥混凝土路面的裂缝或接缝均造成了沥青面层的反射裂缝。

（3）关于路基不均匀沉降引起的面层拉裂，其形成原因与路基发生不均匀沉降的原因紧密相关。

2.4 路面沉陷等其他病害

广西沥青路面高速公路均在一定程度上发生了路面沉陷病害，这主要是由于广西复杂的地形地貌、地质条件和特殊的土性条件造成的，广西高速公路修建选址地形复杂，全线填挖交接及半填半挖路段多，往往有局部路段会处于库淹区或岩溶地质条件下，更有甚者会处于膨胀土分布区，填挖土性差异、土体含水量差异及特殊土体的存在等均会造成土体强度的差异，进而导致路面沉陷。

3 小结

综上所述，广西沥青路面高速公路受其所处地区典型的气候特征、复杂的地形地貌和土质条件所影响，产生了广西沥青路面高速公路的典型病害，加之广西沥青路面高速公路起步较晚，尚未形成完善的针对广西地区的沥青路面设计施工质量管理体系，使病害的表现更为显著。因此，在今后进行广西沥青路面设计施工时，应充分考虑广西地区的气候条件、地质条件的特殊性，以现有广西沥青路面高速公路发生的病害为鉴，挖掘造成病害的深层原因，在新建公路上加以避免。同时，应尽快建立完善针对广西地区的沥青路面及超薄沥青路面的设计施工评价体系，促进广西沥青路面高速公路的发展。

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